《数据通信基础》课件

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1、第2章 数据通信基础,2.1 数据通信的基本概念 2.2 传输介质及其主要特性 2.3 数据编码技术 2.4 多路复用技术 2.5 广域网中的数据交换技术 2.6 差错控制方法,2.1 数据通信的基本概念,一、信息、数据和信号 1.信息、数据和信号 信息是指有用的知识或者消息。 数据是信息的表达方式。 信号是数据在传输过程中的电磁表示。 2.模拟信号与数字信号 模拟信号是随时间连续变化的物理量。 数字信号相对于时间和幅值而言都是不连续的，即离散的物理量，它只包含有限数目的固定值。,2.1 数据通信的基本概念,二、数据通信方式 串行通信和并行通信 （1）串行通信 将待传送的每个字节的二进制代码按

2、由低到高位的顺序，依次发送。这种数据通信方式称为串行通信。 串行通信的优点：成本低，利用率高； 缺点：速度慢，需进行串 / 并转换。 这种通信方式适合长距离的信号传输。,2.1 数据通信的基本概念,（ 2 ） 并行通信 并行通信是指同时传输一组（多个比特位）比特，每个比特使用单独的一条线路。 并行通信的特点：成本高，速度快，不需串 / 并转换； 缺点：信道的利用率低。 这种通信方式适合近距离的传输。,2.1 数据通信的基本概念,2.单工、半双工和全双工通信 （1）单工 在单工通信方式下，信号只能按照一个方向上传输（正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向 。如无线电广播和电视广播。 （2）

3、半双工 半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只允许信号在一个信道上单向传输。如对讲机。,2.1 数据通信的基本概念,（3) 全双工 全双工通信可以同时进行两个方向的信号的传输。,2.1 数据通信的基本概念,3.数据通信中的同步方式 同步：要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。 数据通信中常用的两种同步方式是：异步传输和同步传输。 （1）异步传输 异步传输是以字符为单位进行传输，传输字符之间的时间间隔可以是随机的、不同步的。 异步传输方式实现简单。但需在每个字符的首尾附加起始位和停止位，因而它的额外开销大，传输效率低。,2.1 数据通信的基本概念,（ 2 ）同步传输 同步方式是指在一

4、组字符（数据帧）之前加入同步字符，同步字符之后可以连续发送任意多个字符。 同步方式数据帧的典型组成 ： 同步字符（ SYN ）：表示数据帧的开始 地址字段：包括源地址和目的地址 控制字段：用于控制信息 数据字段：用户数据 检验字段：用于检错 帧结束字段：表示数据帧的结束 同步方式中，数据传输额外开销小，传输效率高。但实现复杂，传输中的一个错误将影响整个字符组（而异步传输中的同样错误只影响一个字符的正确接收）。,2.1 数据通信的基本概念,4. 数据通信的主要技术指标 （ 1 ）数据传输速率是指传输线路上传输信息的速度，有数据传输速率和信号传输速率两种表示方法。 1) 数据传输速率 数据传输速率

5、又称比特率，指单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为比特每秒，表示为 bps 或 b/s 。 2) 信号传输速率 信号传输速率又称波特率或调制速率，指单位时间内所传送的信号的个数，单位为 baud （波特）。 3) 比特率与波特率的关系 比特率与波特率都是衡量信息在传输线路上传输快慢的指标，但两者针对的对象有所不同，比特率针对的是二进制位数传输，波特率针对信号波形的传输。,2.1 数据通信的基本概念,（ 2 ） 误码率 误码率表示二进制数据位在传输中出错的概率。 （ 3 ） 信道容量 信道容量指信道所能承受的最大数据传输速率，单位为 bps 或 b/s 。 （ 4 ） 三个指标之间的关系 数

6、据速率用于衡量信道传输数据的快慢，是信道的实际数据传输速率； 信道容量用于衡量信道传输数据的能力，是信道的最大数据传输速率； 误码率用于衡量信道传输数据的可靠性。,2.2 传输介质及其主要特性,一、传输介质及其主要特性 传输介质就是指搭载数字或模拟信号的传输媒介。 常用的传输介质有： （ 1 ）双绞线 （ 2 ）同轴电缆 （ 3 ）光纤电缆 （ 4 ）无线与卫星通信信道,2.2 传输介质及其主要特性,传输介质的特性主要是以下几点： （ 1 ）物理特性：对传输介质物理结构的描述； （ 2 ）传输特性：传输介质允许传送数字信号或模拟信号，以及调制技术，传输容量与传输的频率范围； （ 3 ）连通特性

7、：允许点到点或多点连接； （ 4 ）地理范围：传输介质的最大传输距离； （ 5 ）抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力； （ 6 ）相对价格；器件、安装与维护费用；,2.2 传输介质及其主要特性,二、双绞线的主要特性 1. 物理特性 双绞线是由两根绝缘铜导线拧成规则的螺旋状结构。把电线绞起来的目的是减少线对之间的电磁干扰、噪声、串音等。在传输系统中，通常把许多这样的线对捆在一起，再包上保护层形成一条电缆，以便使用。 一般说来，双绞线的线路损耗大、传输速率低，但价格便宜，易于安装，主要用于局域网中，传输距离为几百米。 双绞线既可以传输模拟信号，又可以传输数字信号。 常用的双绞

8、线分屏蔽双绞线（ STP ）和无屏蔽双绞线（ UTP ）两大类。屏蔽双绞线比非屏蔽双绞线增加了一个屏蔽层，能够更有效地防止电磁干扰。,UTP双绞线,2.2 传输介质及其主要特性,2. 传输特性 屏蔽双绞线的抗干扰性好， 100m 内传输速率可达 500Mb/s 。 无屏蔽双绞线又可分为如下 5 个基本类型： 1 类：阻抗范围广，不宜作数据传输 2 类：与 1 类相同，最高带宽为 1MHz ，适用于 PBX 和告警系统。 3 类：阻抗为 100 ，最高带宽为 16MHz 。适用于 10BASE-T 和 4Mb/s 令牌环网 . 4 类：除最大带宽为 20MHz 外，其余同 3 类。 5 类：阻抗

9、为了 100 ，测试带宽为 100MHz 适用于100Mb/s 以太网和 FDDI 等高速协议。,2.2 传输介质及其主要特性,三、同轴电缆的主要特性 1 物理特性 同轴电缆以硬铜线为芯 , 外包一层用密织的网状导体环绕的绝缘材料 , 网外又覆盖一层保护性材料 , 按同轴形式构成。四层结构从里向外分别是： （ 1 ）内芯： 金属导体，用于传输数据。 （ 2 ）绝缘层：用于内芯与屏蔽层间的绝缘。 （ 3 ）屏蔽层：金属导体，用于屏蔽外部的干扰。 （ 4 ）塑料外：用于保护电缆。 同轴电缆可分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。 （ 1 ）基带同轴电缆 这种同轴电缆采用基带传输方式，即采用数字信号进行传

10、输，用于构建局域网。 （ 2 ）宽带同轴电缆 这种同轴电缆采用宽带传输方式，即采用模拟信号进行传输，覆盖的区域比基带系统广。例如，构建 CATV 网络和有线电视网。,2.2 传输介质及其主要特性,2 传输特性 基带同轴电缆采用曼彻斯特（ Manchester ）编码传输数字信号，速率最高可达 10Mb/s ； 宽带同轴电缆既可传输模拟信号，也可以传输数字信号。 3 连通性 可用于点到点连接和多点连接。 4 抗干扰性 同轴电缆的结构使得它的抗干扰性能力比较强，高于双绞线。 5 价格 高于双绞线，低于光纤。,2.2 传输介质及其主要特性,四、光纤的主要特性 1. 光纤又叫光导纤维，是一种轻便灵活，

11、能传导光的介质，采用特殊的玻璃或塑料来制作。 2. 利用光纤传输数据时，用光脉冲的出现表示为“ 1 ”，不出现表示为“ 0 ”。 3. 光纤的传输性能高于双绞线和同轴电缆，但成本较高，在计算机网络中主要用于主干线。 4. 光纤的主要特点是 : (1) 传输速率高 , 在 10km 的距离上可达到 2Gb/s。 (2) 误码率低 , 一般小于 10 。 (3) 抗干扰强 , 不受外界电磁场的影响。 (4) 安全无辐射 , 难以窃听 , 保密性好。 (5 )尺寸小，重量轻，弯曲性能好。,2.2 传输介质及其主要特性,5. 光纤分单模光纤和多模光纤两种。 单模光纤的直径只有一个光波长（ 5m 10m

12、 ） , 即只能传导一路光波，如图 所示。 若多条入射角不同的光线在同一条光纤内传输，这种光纤就是多模光纤，如图所示。多模光纤的光线与芯轴成一定角度，频带窄，衰减大，传输距离近。,2.2 传输介质及其主要特性,五、无线介质 使用无线介质，是指在两个通信设备之间不使用任何物理的连接器，即无需铺设网络传输线。 常用的无线介质是微波。微波通信常用的有地面微波通信和卫星通信两种。 1. 地面微波通信 地面微波通信示意如图 2-14 所示。它的优点是：频带宽、信道容量大、初建费用小，既可传输模拟信号，又可传输数字信号；但方向性强（必须直线传播）、保密性差。 2. 卫星通信 在卫星通信中，通信卫星是微波通

13、信的中继站。它的优点是：容量大、可靠性高、通信成本与两站点之间的距离无关，传输距离远、覆盖面广、具有广播特征；缺点是：一次性投资大、传输延迟时间长。,2.3 数据编码技术,根据数据通信类型，网络中常用的通信信道分为两类：模拟通信信道与数字通信信道。相应的用于数据通信的数据编码方式也分为两类：模拟数据编码与数字数据编码。,2.3 数据编码技术,一、模拟数据编码方法 载波信号可以表示为正弦波形式： f(t)=Asin(t+) ，其中幅度 A 、频率 和相位 的变化均影响信号波形。因此，通过改变这三个参数可实现对模拟信号的编码。相应的调制方式分别称为幅度调制 ASK 、频率调制 FSK 和相位调制

14、PSK 。 1. 幅度调制 幅度调制又被称为幅移键控（ ASK ， Amplitude Shift Keying ）。幅度调制通过改变载波信号的振幅大小来表示二进制 0 和 1 ，而频率和相位保持不变。,2.3 数据编码技术,2. 频率调制 频率调制又被称为频移键控（ FSK Frequency Shift Keying ）。 频率调制通过改变载波信号的频率大小来表示二进制 0 和 1 ，而振幅和相位保持不变。,2.3 数据编码技术,3. 相位调制 相位调制又被称为相移健控 (Phase Shifting Keying,PSK) 。相位调制技术通过改变载波信号的相位来表示二进制 0 和 1 ，

15、而振幅和频率保持不变。相位调制又可分为相对相位调制和绝对相位调制。 (1) 绝对相移键控 绝对相移键控用两个固定的不同相位表示数字”0 ”和“ 1 ”。,2.3 数据编码技术,(2) 相对相移键控法 相对相移键控用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。最简单的相对调相方法是：与前一个信号同相表示数字 “0” ，相位偏移 180 度表示 “1” 。,2.3 数据编码技术,二、数字数据编码方法 数据通信技术中，将利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法，称做频带传输；利用数字通信信道，来直接传输数字数据信号的方法，称做基带传输。 在基带传输中，数字数据信

16、号的编码方式主要有以下几种： 1. 非归零编码 NRZ 非归零编码 NRZ （ Non-Rerurn to Zero ）可以规定用负电平表示逻辑“ 0 ”，用正电平表示逻辑“ 1 ” 。 NEZ 码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步。,2.3 数据编码技术,2. 曼彻斯特（ Manchester ）编码 曼彻斯特编码的规则是：每比特的周期 T 分为前 T/2 与后 T/2 两部分；通过前 T/2 传送该比特的反码，通过后 T/2 传送该比特的原码。 曼彻斯特编码的优点是： （ 1 ）每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时间间隔可以是 T/2 或 T ，利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号。 （ 2 ）曼彻斯特编码的缺点是效率较低，如果信号传输速率是 10Mbps ，那么发送时钟信号频率应为 20MHz 。,2.3 数据编码技术,3. 差分曼彻斯特（ Difference Manchester ）编码 差分曼彻斯特编码：每一位的中间（ 1/2 周期处）有一跳变，但是，该跳变只作为时钟信号（同步